EP3216554B1 - Bauteil mit verschleissgeschützten öffnungen und vertiefungen sowie verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

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EP3216554B1
EP3216554B1 EP16159291.0A EP16159291A EP3216554B1 EP 3216554 B1 EP3216554 B1 EP 3216554B1 EP 16159291 A EP16159291 A EP 16159291A EP 3216554 B1 EP3216554 B1 EP 3216554B1
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recess
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MTU Aero Engines AG
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Definitions

  • the present invention relates to a component of a turbomachine with wear-protected openings, bores or depressions and a method for producing the same.
  • the invention proposes to produce an at least two-layer, three-dimensional molded part for the manufacture or repair of wear-stressed bores or openings on components of a turbomachine, in particular elements of a flow channel boundary, which can be inserted into the bore or opening and by means of a heat treatment with a Hole or opening surrounding wall can be connected. Accordingly, the invention can be used for openings, bores or depressions which delimit and surround a space with a circumferential wall, a normal on the wall having a vector component which is oriented transversely to a central axis of the opening or depression or an opposite wall region .
  • the at least two-layer molded part can have a layer of Ni solder, a second layer being formed from a mixture of Ni solder and hard material particles, the hard material particles being made of hard alloys based on cobalt and / or nickel, in particular CoCrMo - Alloys such as T800 are formed.
  • the molded part can be designed such that at least partially an outer shape of the molded part of the inner The shape of the hole or opening to be repaired corresponds, i.e.
  • the surface of the molded part corresponds at least partially to the shape of the wall surrounding the opening or depression, so that when the molded part is inserted into the depression or opening, the molded part lies flat against the wall boundary of the opening or Deepening comes, so that a suitable solder connection between the molded part and the wall boundary of the opening or recess is achieved by an appropriate heat treatment.
  • the at least two-layer design of the molded part with an outer Ni-solder layer which comes into contact with the wall delimiting the opening or recess when inserted into the recess or opening, allows the molded part to be well connected to the wall of the opening or recess will.
  • the at least second layer composed of a mixture of Ni solder and hard material particles (mixture layer) which, after the molded part has been inserted into the opening or depression, represents the outer boundary of the opening or depression and thus in contact with the media and / or in the flow system. or surfaces of neighboring components, good wear protection can be provided.
  • the mixture layer can have a high proportion of hard material particles in the form of hard alloys
  • the pure Ni solder layer which is used to connect to the base material of the component to be protected, means that it is particularly good in terms of contact and adhesion as well as connection is made possible with the component and therefore the mixture layer does not have to be matched to this requirement.
  • the molded part can be produced in such a way that first a two - layer solder tape or a solder plate with a Ni - solder layer and a mixture layer is produced from a mixture of Ni solder and hard material particles and then the corresponding two - layer solder tape by deep drawing or pressing in a die is brought into the corresponding shape of a molded part.
  • the bore, recess or opening which is to be protected from wear by the application of the molded part, can be prepared for the insertion of the molded part by material processing and in particular material removal, whereby not only the shape of the opening or recess is matched to the external shape of the molded part can be removed, but also undesirable oxide layers or other foreign substances can be removed in order to ensure that the molded part adheres to the base material of the component to be protected.
  • the component to be protected can in particular be formed by a nickel or cobalt base alloy, in which nickel or cobalt is the main alloy component form. In particular, it can be superalloys with these main alloy components, which reach operating temperatures above 55%, in particular 80% or 90% of their melting temperature and can be formed, for example, as single crystals.
  • the mixture layer of the molded part with a mixture of Ni solder and hard material particles can be constructed such that the layer 20 to 60% by weight, preferably 30 to 50% by weight, most preferably 35 to 45% by weight, in particular 40% by weight % Hard material particles.
  • the layer of Ni solder preferably has no hard material particles in order to ensure the best possible connection to the base material of the component to be protected.
  • the Ni solder can be an alloy which has chromium, silicon and / or boron and, as the main component, nickel and unavoidable impurities.
  • the hard alloy for the hard material particles can be a Co - Mo - Cr - Si alloy, which in particular contains 16.5 to 18.5% by weight of chromium, 27 to 30% by weight of molybdenum, 3 to 3.8% by weight. % Of silicon, up to 3% by weight of nickel and iron, each up to 0.1% by weight of sulfur, nitrogen, oxygen and carbon, and the remainder being cobalt and unavoidable impurities.
  • the heat treatment for connecting the molded part to the component to be protected can be carried out in such a way that the entire component with the molded part used is exposed to the heat treatment or only a partial area of the component in which the molded part is used.
  • the heat treatment can be carried out under vacuum conditions or under a protective gas in order to prevent the component from reacting with the ambient atmosphere during the heat treatment.
  • the heat treatment can be preceded by a drying process in which the solder applied with the hard material particles is air-dried at 50 ° to 80 ° Celsius, preferably 60 ° to 70 ° Celsius, in order to drive out binders, for example, which the solder tape or the molded part can contain.
  • the heat treatment for carrying out the soldering process can be carried out in the temperature range from 1150 ° C. to 1200 ° C., in particular from 1170 ° C. to 1180 ° C. for 10 to 25 minutes, in particular 15 to 20 minutes.
  • the heating process for heating to the soldering temperature can already take place under vacuum conditions, the pressure being in the range of 10 10 -3 mbar, preferably ⁇ 10 -4 mbar.
  • the heating process to the soldering temperature can be carried out continuously at a constant or varying heating rate, the heating rate being selected in the range from 5 ° C. per minute to 30 ° C. per minute and in particular in the range from 10 ° C. per minute to 20 ° C. per minute can.
  • the component with the molded part used can also be kept (outsourced) for a certain time during the heating process at one or more intermediate temperatures in order to give the molded part sufficient time, for example for the degassing of binder.
  • a correspondingly manufactured component can be, for example, an intermediate turbine housing, which represents the connecting channel between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine of a turbomachine and is exposed to particularly high loads.
  • the Figure 1 shows a so-called solder tape 1, which is composed of two layers, namely a layer 2 made of Ni solder and a layer 3 made of a mixture of Ni solder 4 and hard material particles 5.
  • the layer 3 composed of nickel solder 4 and hard material particles 5 is composed such that the layer 3 has approximately 60% by weight Ni solder 4 and 40% by weight hard material particles 5 in the form of a hard alloy based on cobalt.
  • the nickel solder as used in the pure nickel solder layer 2 and layer 3 with a mixture of nickel solder 4 and hard material particles 5 can be made from 19% by weight chromium, 10% by weight silicon and the rest nickel as well as unavoidable impurities.
  • the hard alloy can be a cobalt-based alloy containing 16.5 - 18.5% by weight chromium, 27 - 30% by weight molybdenum, 3 - 3.8% by weight silicon, up to 3% by weight nickel and Iron, 0.08% by weight of carbon, 0.07% by weight of nitrogen, 0.05% by weight of oxygen, 0.03% by weight of phosphorus and 0.03% by weight of sulfur and the rest may have unavoidable impurities.
  • the solder tape 1 which can be designed not only in the form of a tape but also in the form of a plate or in other suitable shapes, can comprise the Ni solder 4 and the hard material particles 5 in powder form with a binder, such as a plastic, so that the solder tape 1 or a corresponding solder plate is deformable.
  • a three-dimensionally shaped molded part can be formed from the flat solder strip 1, as is shown, for example, in FIG Figure 3 is shown.
  • a die 10 can be provided, which has a corresponding negative shape 11, into which the solder tape 1 is pressed using a stamp 12.
  • a corresponding conical shaped part 15 can be formed, as is shown, for example, in FIG Figure 3 is shown.
  • the molded part 15 can also be formed in another suitable shape.
  • the solder tape 1 is pressed into the negative mold 11 of the die 10 in such a way that the pure Ni solder layer 2 lies against the die and is first pressed into the negative mold 11 by the punch 12.
  • the outer surface of the base of the conical shaped part 15 is also formed by the mixture layer 3 of Ni solder 4 and hard material particles 5.
  • the corresponding molded part 15 can now be inserted into an opening or recess of a component 22, the inner wall 21 of the component 22 surrounding the opening or recess being complementary to at least part of the surface of the conical molded part 15, the complementary shape of the opening or deepening of the component 22 can be achieved by appropriate material processing both the opening or deepening of the component 22 and the molded part.
  • the Figure 4 shows a recess 20 in a component 22 with a central axis 23, in which a corresponding molded part 15 has been inserted.
  • a suitable heat treatment for melting the solder in the pure Ni solder layer 2 and the mixture layer 3 and removing any binder that may be present in the molded part 15, the molded part is bonded to the base material of the component 22 as a solid coating.
  • the cavity of the recess 20 of the component 22 can be created again in the desired shape by subsequent material processing of the mixture layer 3, for example by making a corresponding hole in the mixture layer 3.
  • Other types of material processing such as milling and the like are of course also possible.
  • a wear-resistant coating with a high proportion of hard material particles 5 has thus been applied in an opening or recess 20 in a component 22 in a simple and reliable manner.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil einer Strömungsmaschine mit verschleißgeschützten Öffnungen, Bohrungen oder Vertiefungen sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
    • STAND DER TECHNIK
  • In Strömungsmaschinen sowie stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken herrschen im Bereich des Strömungskanals zum Teil Betriebsbedingungen, bei denen aggressive Medien bei sehr hohen Temperaturen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten bewegt werden, sodass die Bauteile unter anderem auch starken Vibrationen ausgesetzt sind. Entsprechend müssen Bauteile im Bereich des Strömungskanals unter den genannten Umständen vielfältigen Anforderungen genügen und insbesondere eine hohe Verschleißbeständigkeit gegenüber Fretting aufweisen. Dies gilt insbesondere im Bereich von Öffnungen, Bohrungen oder Vertiefungen, wo sich aufgrund der Strömungsbedingungen ein besonders starker Verschleiß bemerkbar machen kann.
  • Entsprechend ist es erforderlich derartige Bereiche besonders zu schützen oder nach einer bestimmten Betriebsdauer aufzuarbeiten.
  • Zum Schutz von Bauteilen in Strömungsmaschinen, wie beispielsweise von Schaufelblättern, ist es bereits bekannt Lotmaterialien aufzubringen, wie dies beispielsweise in der EP 1 685 923 A1 , US 8 342 386 B2 , EP 1219 375 A2 , US 7 343 676 B2 , WO 2011/015192 A1 , EP 0 673 292 B1 , EP 2 774 710 A1 oder der JP-2005 305 492 A beschrieben ist. Des Weiteren offenbart Dokument US20020119338 eine Turbinenmotorkomponente umfassend ein Substrat und eine Verschleißschutzbeschichtung. Die Verschleißschutzbeschichtung beinhaltet verschleißbeständige Partikel in einer Matrix, wobei die verschleißbeständigen Partikel aus Chromkarbiden oder einer Kobaltlegierung gebildet sind. Allerdings bestehen für die Herstellung von verschleißgeschützten Öffnungen oder Vertiefungen bzw. die Reparatur derartiger Formbauteile mit verschleißbeständigen Materialien besondere Anforderungen, da die zu bearbeitenden Flächen nicht so einfach zugänglich sind, wie beispielsweise die Oberflächen von Turbinenschaufeln und dergleichen.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur von verschleißgeschützten Öffnungen, Bohrungen, Vertiefungen oder dergleichen von Bauteilen einer Strömungsmaschine und insbesondere von Bauteilen einer Strömungskanalbegrenzung sowie entsprechende Bauteile bereitzustellen, die sowohl den hohen Anforderungen an den Verschleißschutz selbst als auch an die Beständigkeit sowie Haftung des aufgebrachten Verschleißschutzes sowie den Erfordernissen hinsichtlich eines einfachen und effektiven Aufbringens genügen.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt vor, zur Herstellung oder Reparatur von verschleißbelasteten Bohrungen oder Öffnungen an Bauteilen einer Strömungsmaschine, insbesondere von Elementen einer Strömungskanalbegrenzung, ein mindestens zweilagiges, dreidimensionales Formteil zu erzeugen, welches in die Bohrung oder Öffnung eingesetzt werden kann und mittels einer Wärmebehandlung mit einer die Bohrung oder Öffnung umgebenden Wand verbunden werden kann. Entsprechend kann die Erfindung bei Öffnungen, Bohrungen oder Vertiefungen eingesetzt werden, die mit einer umlaufenden Wand einen Raum begrenzen und umgeben, wobei eine Normale auf der Wand einen Vektoranteil aufweist, der quer zu einer zentralen Achse der Öffnung oder Vertiefung oder einem gegenüberliegenden Wandbereich ausgerichtet ist.
  • Gemäß der Erfindung kann das mindestens zweilagige Formteil eine Lage aus einem Ni - Lot aufweisen, wobei eine zweite Lage aus einem Gemisch aus einem Ni - Lot und Hartstoffpartikeln gebildet ist, wobei die Hartstoffpartikel aus Hartlegierungen auf Basis von Kobalt und/oder Nickel, insbesondere CoCrMo - Legierungen, wie T800, gebildet sind. Das Formteil kann so ausgebildet sein, dass zumindest teilweise eine äußere Form des Formteils der inneren Form der zu reparierenden Bohrung oder Öffnung entspricht, also die Oberfläche des Formteils zumindest teilweise der Form der die Öffnung oder Vertiefung umgebenden Wand entspricht, sodass es beim Einsetzen des Formteils in die Vertiefung oder Öffnung zu einer flächigen Anlage des Formteils an der Wandbegrenzung der Öffnung oder Vertiefung kommt, sodass durch eine entsprechende Wärmebehandlung eine gute Lotverbindung zwischen dem Formteil und der Wandbegrenzung der Öffnung oder Vertiefung zustande kommt.
  • Durch die mindestens zweilagige Ausbildung des Formteils mit einer äußeren Ni - Lot - Lage, die beim Einsetzen in die Vertiefung oder Öffnung in Anlage an die die Öffnung oder Vertiefung begrenzende Wand gelangt, kann eine gute Anbindung des Formteils an die Wand der Öffnung oder Vertiefung erreicht werden. Die mindestens zweite Lage aus einem Gemisch an Ni - Lot und Hartstoffpartikeln (Gemisch - Lage) die nach dem Einsetzen des Formteils in die Öffnung oder Vertiefung die äußere Begrenzung der Öffnung oder Vertiefung darstellt und somit in Kontakt mit den in der Strömungsanlage geführten Medien und/oder Oberflächen benachbarter Bauteile gelangt, kann ein guter Verschleißschutz bereitgestellt werden. Dies gilt insbesondere da die Gemisch - Lage einen hohen Anteil an Hartstoffpartikeln in Form von Hartlegierungen aufweisen kann, da durch die reine Ni - Lot - Lage, die zur Anbindung an den Grundwerkstoff des zu schützenden Bauteils dient, eine besonders gute Anlage und Haftung sowie Verbindung mit dem Bauteil ermöglicht wird und somit die Gemisch - Lage nicht auf diese Anforderung abgestimmt werden muss.
  • Das Formteil kann so hergestellt werden, dass zunächst ein zweilagiges Lotband bzw. eine Lotplatte mit einer Ni - Lot - Lage und einer Gemisch - Lage aus einem Gemisch aus Ni - Lot und Hartstoffpartikeln erzeugt wird und anschließend das entsprechende zweilagige Lotband durch Tiefziehen oder Pressen in eine Matrize in die entsprechende Form eines Formteils gebracht wird.
  • Die Bohrung, Vertiefung oder Öffnung, die durch die Aufbringung des Formteils vor Verschleiß geschützt werden soll, kann durch Materialbearbeitung und insbesondere Materialabtragen für das Einsetzen des Formteils vorbereitet werden, wobei damit nicht nur die Form der Öffnung oder Vertiefung auf die äußere Form des Formteils abgestimmt werden kann, sondern auch unerwünschte Oxidschichten oder sonstige Fremdstoffe entfernt werden können, um ein Anhaften des Formteils an dem Grundwerkstoff des zu schützenden Bauteils zu gewährleisten. Das zu schützende Bauteil kann insbesondere durch eine Nickel - oder Kobalt - Basislegierung gebildet sein, bei denen also Nickel oder Kobalt den Hauptlegierungsbestandteil bilden. Insbesondere kann es sich um Superlegierungen mit diesen Hauptlegierungsbestandteilen handeln, die Einsatztemperaturen über 55 %, insbesondere 80 % oder 90 % ihrer Schmelztemperatur erreichen und beispielsweise einkristallin ausgebildet sein können.
  • Die Gemisch - Lage des Formteils mit einer Mischung aus Ni - Lot und Hartstoffpartikeln kann so aufgebaut sein, dass die Lage 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 50 Gew.%, höchst vorzugsweise 35 bis 45 Gew.%, insbesondere 40 Gew.% Hartstoffpartikel aufweist.
  • Die Lage aus Ni - Lot weist vorzugsweise keine Hartstoffpartikel auf, um eine möglichst gute Anbindung an den Grundwerkstoff des zu schützenden Bauteils zu gewährleisten.
  • Das Ni - Lot kann eine Legierung sein, die Chrom, Silizium und/oder Bor sowie als Hauptbestandteil Nickel und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.
  • Bei der Hartlegierung für die Hartstoffpartikel kann es sich eine Co - Mo - Cr - Si - Legierung handeln, die insbesondere 16,5 bis 18,5 Gew.% Chrom, 27 bis 30 Gew.% Molybdän, 3 bis 3,8 Gew.% Silizium, bis zu 3 Gew.% Nickel und Eisen, jeweils bis zu 0,1 Gew.% Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff umfasst sowie als Rest Kobalt und unvermeidbare Verunreinigungen aufweisen kann.
  • Die Wärmebehandlung zur Verbindung des Formteils mit dem zu schützenden Bauteil kann so erfolgen, dass das gesamte Bauteil mit dem eingesetzten Formteil der Wärmebehandlung ausgesetzt wird oder nur ein Teilbereich des Bauteils, in dem das Formteil eingesetzt ist. Die Wärmebehandlung kann unter Vakuumbedingungen oder unter Schutzgas durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass während der Wärmebehandlung Reaktionen des Bauteils mit der Umgebungsatmosphäre erfolgen.
  • Der Wärmebehandlung kann ein Trocknungsprozess vorgeschaltet werden, bei dem das aufgebrachte Lot mit den Hartstoffpartikeln bei 50° bis 80° Celsius vorzugsweise 60° bis 70° Celsius luftgetrocknet wird, um beispielsweise Bindemittel, die das Lotband bzw. das Formteil enthalten kann, auszutreiben.
  • Die Wärmebehandlung zur Durchführung des Lotprozesses kann im Temperaturbereich von 1150°C bis 1200°C, insbesondere von 1170°C bis 1180°C für 10 bis 25 Minuten, insbesondere 15 bis 20 Minuten durchgeführt werden.
  • Der Aufheizvorgang zum Aufheizen auf die Löttemperatur kann ebenso wie die Wärmebehandlung bei der Löttemperatur bereits unter Vakuumbedingungen stattfinden, wobei der Druck im Bereich von ≤ 10-3 mbar, vorzugsweise ≤ 10-4 mbar liegen kann.
  • Der Aufheizvorgang auf die Löttemperatur kann kontinuierlich mit konstanter oder variierender Aufheizgeschwindigkeit durchgeführt werden, wobei die Aufheizgeschwindigkeit im Bereich von 5°C pro Minute bis 30°C pro Minute und insbesondere im Bereich von 10°C pro Minute bis 20°C pro Minute gewählt werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Bauteil mit dem eingesetzten Formteil während des Aufheizvorgangs bei einer oder mehreren Zwischentemperaturen auch für eine bestimmte Zeit gehalten (ausgelagert) werden, um dem Formteil genügend Zeit beispielsweise für das Ausgasen von Bindemittel zu geben. So können Zwischenauslagerungen im Temperaturbereich von 400°C bis 1100 C, beispielsweise bei 450°C, 600°C und/oder 1050°C für eine Zeitdauer von 5 bis 40 Minuten, insbesondere 10 bis 30 Minuten durchgeführt werden.
  • Ein entsprechend hergestelltes Bauteil kann beispielsweise ein Turbinenzwischengehäuse sein, welches den Verbindungskanal zwischen der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine einer Strömungsmaschine darstellt und besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • Figur 1
    eine Schnittansicht durch ein zweilagiges Lotband, wie es bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet,
    Figur 2
    eine Schnittansicht einer Matrizen - Stempel - Anordnung zur Herstellung eines kegelförmigen Formteils gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Figur 3
    eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen, kegelförmigen Formteils und in
    Figur 4
    eine Schnittansicht durch einen Teil eines Bauteils, bei dem das Formteil aus Figur 3 eingebaut worden ist.
    AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Die Figur 1 zeigt ein sogenanntes Lotband 1, welches aus zwei Lagen aufgebaut ist, nämlich einer Lage 2 aus Ni - Lot und einer Lage 3 aus einer Mischung aus Ni - Lot 4 und Hartstoffpartikeln 5.
  • Die Lage 3 aus Nickel - Lot 4 und Hartstoffpartikel 5 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel so zusammengesetzt, dass die Lage 3 ca. 60 Gew.% Ni - Lot 4 und 40 Gew.% Hartstoffpartikel 5 in Form einer Hartlegierung auf Basis von Kobalt aufweist.
  • Das Nickel - Lot wie es in der reinen Nickel - Lot - Lage 2 und in der Lage 3 mit einem Gemisch aus Nickel - Lot 4 und Hartstoffpartikeln 5 Verwendung findet, kann aus 19 Gew.% Chrom, 10 Gew.% Silizium und Rest Nickel sowie unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt sein. Bei der Hartstofflegierung kann es sich um eine Kobaltbasislegierung handeln, die 16,5 - 18,5 Gew.% Chrom, 27 - 30 Gew.% Molybdän, 3 - 3,8 Gew.% Silizium, bis zu 3 Gew.% Nickel und Eisen, 0,08 Gew.% Kohlenstoff, 0,07 Gew.% Stickstoff, 0,05 Gew.% Sauerstoff, 0,03 Gew.% Phosphor und 0,03 Gew.% Schwefel sowie Rest unvermeidbare Verunreinigungen aufweisen kann.
  • Das Lotband 1, welches nicht nur bandförmig sondern auch plattenförmig oder in anderen geeigneten Formen ausgebildet sein kann, kann das Ni - Lot 4 sowie die Hartstoffpartikel 5 in Pulverform mit einem Bindemittel, wie beispielsweise einem Kunststoff, umfassen, sodass das Lotband 1 bzw. eine entsprechende Lotplatte verformbar ist. Entsprechend kann aus dem flächigen Lotband 1 ein dreidimensional geformtes Formteil gebildet werden, wie es beispielsweise in der Figur 3 dargestellt ist. Dazu kann eine Matrize 10 vorgesehen sein, die eine entsprechende Negativform 11 aufweist, in die das Lotband 1 mithilfe eines Stempels 12 gedrückt wird. Durch Verdichten des Lotbands 1 in der Negativform 11 mittels des Stempels 12 und Entfernen der überschüssigen Teile des Lotbands 1 kann ein entsprechendes kegelförmiges Formteil 15 gebildet werden, wie es beispielsweise in der Figur 3 dargestellt ist. Allerdings kann das Formteil 15 auch in einer anderen geeigneten Form ausgebildet werden. Das Lotband 1 wird hierbei so in die Negativform 11 der Matrize 10 gepresst wird, dass die reine Ni - Lot - Lage 2 an der Matrize anliegt und zuerst in die Negativform 11 durch den Stempel 12 eingedrückt wird. Somit ergibt sich ein kegelförmiges Formteil 15, bei dem im Bereich der Kegelfläche eine äußere, reine Ni - Lot - Lage 2 angeordnet ist, während der Kegelkörper aus einer Gemisch - Lage 3 aus Ni - Lot 4 und Hartstoffpartikeln 5 gebildet ist. Auch die äußere Oberfläche der Basis des kegelförmigen Formteils 15 ist durch die Gemisch - Lage 3 aus Ni - Lot 4 und Hartstoffpartikeln 5 gebildet.
  • Das entsprechende Formteil 15 kann nunmehr in eine Öffnung oder Vertiefung eines Bauteils 22 eingesetzt werden, wobei die die Öffnung bzw. Vertiefung umgebende Innenwand 21 des Bauteils 22 komplementär zu mindestens einem Teil der Oberfläche des kegelförmigen Formteils 15 ausgebildet ist, wobei die komplementäre Form der Öffnung oder Vertiefung des Bauteils 22 durch eine entsprechende Materialbearbeitung sowohl der Öffnung oder Vertiefung des Bauteils 22 als auch des Formteils erzielt werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Öffnung oder Vertiefung des Bauteils 22 durch Materialabtrag für den Einsatz eines entsprechend geformten Formteils 15 vorzubereiten, da dadurch nicht nur die Formen gegenseitig angepasst werden, sondern auch unerwünschte Oxidschichten oder sonstige Fremdstoffe von der Innenwand 21 der Öffnung bzw. Vertiefung des Bauteils 22 entfernt werden, die eine Anbindung des Formteils 15 an den Grundwerkstoff des Bauteils 22 beeinträchtigen könnten.
  • Die Figur 4 zeigt eine Vertiefung 20 in einem Bauteil 22 mit einer zentralen Achse 23, in das ein entsprechendes Formteil 15 eingesetzt worden ist. Durch eine geeignete Wärmebehandlung zum Aufschmelzen des Lots in der reinen Ni - Lot - Lage 2 und der Gemisch - Lage 3 sowie Entfernen eines möglicherweise vorhanden Bindemittels im Formteil 15 wird das Formteil als feste Beschichtung an den Grundwerkstoff des Bauteils 22 angebunden. Der Hohlraum der Vertiefung 20 des Bauteils 22 kann durch eine nachfolgende Materialbearbeitung der Gemisch - Lage 3 wieder in der gewünschten Form erzeugt werden, indem beispielsweise eine entsprechende Bohrung in der Gemisch - Lage 3 eingebracht wird. Auch andere Arten der Materialbearbeitung wie Fräsen und dergleichen sind selbstverständlich möglich.
  • Damit ist in einer Öffnung oder Vertiefung 20 eines Bauteils 22 eine verschleißbeständige Beschichtung mit einem hohen Anteil an Hartstoffpartikeln 5 in einfacher und zuverlässiger Weise aufgebracht worden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Lotband
    2
    Lage aus Ni - Lot
    3
    Gemisch - Lage aus Ni - Lot und Hartstoffpartikeln
    4
    Ni - Lot
    5
    Hartstoffpartikel
    10
    Matrize
    11
    Negativform
    12
    Stempel
    15
    kegelförmiges Formteil
    20
    Vertiefung
    21
    Innenwand der Vertiefung vor dem Einsetzen des Formteils
    22
    Bauteil
    23
    zentrale Achse der Vertiefung

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung und/oder Reparatur von durch Verschleiß belasteten Vertiefungen oder Öffnungen an Bauteilen (22) einer Strömungsmaschine, insbesondere von Elementen einer Strömungskanalbegrenzung, welches umfasst:
    - Herstellung eines mindestens zweilagigen Formteils (15), dessen eine Lage (2) durch ein Ni - Lot gebildet ist und dessen weitere Lage (3) aus einer Mischung aus einem Ni - Lot (4) und Hartstoffpartikeln (5) aus Hartlegierungen auf Basis von Kobalt oder Nickel gebildet ist und welches zumindest teilweise eine äußere Form aufweist, die der inneren Form der zu reparierenden Vertiefung (20) oder Öffnung komplementär ist,
    - Einsetzen des Formteils (15) in die Vertiefung (20) oder Öffnung und
    - zumindest teilweise Wärmebehandlung des Bauteils (22) zum Löten der Formteils auf das Bauteil.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Herstellung des Formteils (15) so erfolgt, dass die Ni - Lot - Lage (2) zumindest teilweise den äußeren Rand des Formteils darstellt, der beim Einsetzen in die Vertiefung oder Öffnung in Anlage an die innere Oberfläche der Vertiefung oder Öffnung gelangt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Herstellung des Formteils (15) so erfolgt, dass zunächst ein mindestens zweilagiges Band (1) oder eine zweilagige Platte mit einer ersten Lage (2) aus einem Ni - Lot und einer weiteren Lage (3) aus einer Mischung aus einem Ni - Lot (4) und Hartstoffpartikeln (5) hergestellt wird, wobei in einem nachfolgenden Schritt das Band (1) oder die Platte tiefgezogen oder in eine Matrize (10) gepresst werden, um zumindest teilweise eine äußere Form zu erhalten, die komplementär der inneren Form der Vertiefung (20) oder Öffnung ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vertiefung (20) oder Öffnung vor Einsetzen des Formteils (15) durch Materialabtrag vorbereitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lage (3) des Formteils (15), welche eine Mischung aus Ni - Lot und Hartstoffpartikeln umfasst, 20 bis 60 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 50 Gew.%, höchst vorzugsweise 35 bis 45 Gew.%, insbesondere ca. 40 Gew.% Hartstoffpartikel aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung unter Vakuumbedingungen erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    vor der Wärmebehandlung eine Trocknung bei Temperaturen von 50°C bis 80°C, insbesondere 60°C bis 70°C an Luft erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung eine Auslagerung bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C, insbesondere von 1170°C bis 1180°C, für 10 bis 25 min, insbesondere 15 bis 20 min umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung eine Aufheizung unter Vakuumbedingungen mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C/min bis 30°C/min, insbesondere 10°C/min bis 20°C/min und/oder Zwischenauslagerungen bei Temperaturen zwischen 400°C bis 1100°C, insbesondere bei 450°C, 600°C und/oder 1050°C für eine Zeitdauer von 5 bis 40 min, insbesondere 10 bis 30 min umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hartlegierung eine Co - Mo - Cr - Si - Legierung ist, insbesondere eine Legierung, die 16,5 bis 18,5 Gew.% Cr, 27 bis 30 Gew.% Mo, 3 bis 3,8 Gew.% Si, bis zu 3 Gew.% Ni und Fe, jeweils bis zu 0,1 Gew.% S, N, O, C und P sowie Rest Co und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Ni - Lot eine Legierung ist, die Cr und Si aufweist, insbesondere 15 bis 25 Gew.% Cr, 5 bis 15 Gew.% Si und Rest Ni sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
  12. Bauteil einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Strömungskanalbegrenzung, vorzugsweise ein Turbinenzwischengehäuse, vorzugsweise hergestellt mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einer Öffnung oder Vertiefung (20), bei welcher die Öffnung oder Vertiefung einen Innenwandbereich (21) umfasst, der die Öffnung oder Vertiefung zumindest teilweise umgibt und der an der Oberfläche eine mindestens zweilagige Lotschicht aufweist, von der eine Lage (2) durch ein Ni - Lot gebildet ist und dessen weitere Lage (3) aus einer Mischung aus einem Ni - Lot (4) und Hartstoffpartikeln (5) aus Hartlegierungen auf Basis von Kobalt oder Nickel gebildet ist, wobei die Lage (2) aus Ni - Lot am Grundwerkstoff des Bauteils (22) angeordnet ist.
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